MICROBIOLOGIA TEMA 3 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biotecnología - 2º curso
Asignatura Microbiologia
Año del apunte 2014
Páginas 7
Fecha de subida 17/11/2014
Descargas 9
Subido por

Vista previa del texto

  MICROBIOLOGIA   2º  CURS  DE  BIOTECNOLOGIA                                           BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCACRIOTES      TEMA  3.  ENVOLTES  DE  LA  CÈL·∙LULA  PROCARIÒTICA   3.1   Estructura  i  funcions  de  la  paret  cel·∙lular   La  paret  cel·∙lular  és  una  estructura  rígida  que  queda  just  a  la  part  externa  de  la  membrana  citoplas-­‐ màtica.  La  seva  funció  és  la  de  donar  rigidesa  i  evitar  la  lisi  cel·∙lular,  resistint  les  altes  pressions  os-­‐ mòtiques.  A  més  a  més  d’evitar  la  lisi  osmòtica,  les  parets  cel·∙lulars  són  les  responsables  de  la  for-­‐ ma  i  rigidesa  de  la  cèl·∙lula.   3.1.1  La  paret  cel·∙lular  en  Bacteria   Els  bacteris  es  divideixen  en  dos  grans  grups,  els  grampositius  i    els  gramnegatius.  La  distinció   inicial  entre  aquests  dos  tipus  es  basa  en  la  tinció  de  Gram,  però  la  diferent  reacció  a  aquesta   tinció   es   basa   en   les   diferències   que   existeixen   entre   l’estructura   de   les   parets   cel·∙lulars.   Les   parets   cel·∙lulars   de   les   grampositives   i   de   les   gramnegatives   mostren   diferències   notables   en   microscòpia  electrònica.   En   les   gramnegatives   la   paret   cel·∙lular   és   una   estructura   composta   per   varies   capes   i   bastant   complexa,   mentre   que   en   les   grampositives   és   generalment   més   ample   i   està   formada   fonamentalment  per  un  sol  tipus  de  molècula.   Figura  3.1  http://water.me.vccs.edu/courses/ENV108/clipart/cellwall.gif   Estructura  del  peptidoglicà   Les   parets   cel·∙lulars   dels   bacteris   presenten   una   capa   rígida   que   és   la   responsable   de   la   resistència  de  la  paret  cel·∙lular.  En  espècies  gramnegatives  existeixen  capes  addicionals  que  se   situen   a   l’exte-­‐rior   d’aquesta.   La   capa   rígida,   anomenada  peptidoglicà,   és   un   polisacàrid   format   per   derivats   de   su-­‐cres   (N-­‐acetilglucosamina   i   àcid   N-­‐acetilmuràmic)   i   un   petit   grup   d’aminoàcids   que   inclou   L-­‐alanina,   D-­‐alanina,   D-­‐glutàmic   i   lisina   o   en   lloc   seu   l’àcid   diaminopimèlic   (DAP).   Aquests   compo-­‐nents   s’uneixen   entre   si   per   formar   una   estructura   repetitiva  que  constitueix  el  tetrapèptid  de  glicà.   Figura  3.2    Peptidoglicà  Font:  Wikipedia   Durant   la   seva   biosíntesi   es   generen   llargues   cadenes   adjacents   del   peptidoglicà   formant   una   làmi-­‐na  que  envolta  la  cèl·∙lula.  Les  diferents  cadenes  es  connecten  entre  si  per  ponts  peptídics   que  s’estableixen  a  través  dels  aminoàcids  del  tetrapèptid.  Els  enllaços  glicosídics  que  uneixen   els   sucres   en   les   cadenes   del   glicà   són   enllaços   covalents   que   proporcionen   rigidesa   a         BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCACRIOTES      TEMA  3.  ENVOLTES  DE  LA  CÈL·∙LULA  PROCARIÒTICA   l’estructura   no-­‐més   en   una   direcció   de   l’espai,   de   manera   que   tant   sols   l’entrecreuament   mitjançant   els   ponts   pep-­‐tídics   s’aconsegueix   la   rigidesa   bidimensional   característica   de   la   capa   del   peptidoglicà.   En   els   bacteris   gramnegatius   els   ponts   s’estableixen   mitjançant   l’enllaç   peptídic  directe  entre  el  grup  ami-­‐no  del  diaminopimèlic  d’una  cadena  i  el  grup  carboxil  de  la  D-­‐ alanina   terminal   d’una   altra   cadena   adjacent.   En   els   bacteris   grampositius   l’entrecreuament   s’estableix   mitjançant   un   pont   interpeptí-­‐dic   la   composoció   del   qual   varia   en   quant   a   tipus   i   nombre  d’aminoàcids  d’un  organisme  a  un  altre.   Paret  cel·∙lular  de  bacteris  grampositius   En   els   bacteris   grampositius   el   peptidoglicà   representa   fins   el   90   %   del   material   de   la   paret   cel·∙lular  i  encara  que  alguns  bacteris  tenen  només  una  capa  de  peptidoglicà  rodejant  la  cèl·∙lula,   moltes  altres  tenen  diverses  làmines  (fins  a  25)  apilades  les  unes  sobre  les  altres..   Molts   bacteris   grampositius   presenten   inserits   en   la   seva   paret   polisacàrids   àcids   anomenats   àcids   teïcoics   que   contenen   unitats   de   glicerol-­‐fosfat   o   de   ribitol-­‐fosfat.   Aquests   polialcohols   estan   units   per   èster-­‐fosfats   i,   sovint,   també   units   altres   sucres   i   D-­‐alanina.   Els   polímers   de   glicerol  o  ribitol  es-­‐tan  units  per  enllaços  fosfodièster.  Alguns  àcid  teïcoics  estan  units  als  lípids   de  la  membrana  i  aleshores  se’ls  anomena  àcids  lipoteïcoics.  Pel  que  fa  a  proteïnes  externes,   només  hi  són  presents  en  alguns  grampositius.   L’espai  perisplàsmic  és  l’espai  que  queda  entre  la  membrana  plasmàtica  i  la  paret  cel·∙lular  i  és   més  petit  que  el  dels  bacteris  gramnegatius.  En  els  grampositius  aquest  espai  té  relativament   poques  proteïnes  i  els  enzims  que  secreten  són  els  exoenzims.   Paret  cel·∙lular  de  bacteris  gramnegatius   En  els  bacteris  gramnegatius,  com  Escherichia  coli,  el  peptidoglicà  només  representa  prop  del   10  %  del  total  de  la  paret  cel·∙lular.  En  canvi,  la  major  part  de  la  paret  està  representada  per  la   membrana  externa.    Aquesta  capa  és,  de  fet,  una  segona  bicapa  lipídica,  però  a  diferencia  de   la   membrana   citoplasmàtica,   no   està   composta   només   per   fosfolípids   i   proteïnes,   sinó   que   també   conté   polisacàrids.   Els   lípids   i   els   polisacàrids   estan   units   a   la   membrana   externa   i   es   presenta   formant   un   complex,   motiu   pel   qual   aquesta   membrana   també   s’anomena   capa   de   lipopolisacàrid  o  simplement  LPS.   L’espai  periplàsmic  dels  bacteris  gramnegatius  és  molt  diferent  del  dels  bacteris  grampositius,   constituint  aproximadament  un  20  a  40  %  del  volum  cel·∙lular  a  més  a  més  de  contenir  moltes   pro-­‐teïnes   (   enzims   hidrolítics,   proteïnes   “binding”   transportadores   (del   sistema   ABC)   i   quimioreceptors)     a)  Lipopolisacàrid  o  LPS   El  LPS  és  una  molècula  complexa  i  llarga  que  conté  lipids  i  carbohidrats,  i  està  formada  per   tres  parts:  el  lípid  A,  el  nucli  del  polisacàrid  i  el  polisacàrid  O  específic  o  antígen  O.  La  regió   del   lípid   A   conté   dos   derivats   de   la   glucosamina,   cadascun   amb   tres   àcids   grasss   i   fosfats   o   pirofosfats  units.  Els  àcids  grassos  uneixen  el  lípid  A  a  la  membrana  externa,  mentre  que  la         BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCACRIOTES      TEMA  3.  ENVOLTES  DE  LA  CÈL·∙LULA  PROCARIÒTICA   resta  de  la  molècula  es  projecta  des  de  la  superfície.  El  nucli  del  polisacàrid  està  unit  al  lípid   A,   en   Salomnella   està   format   per   10   sucres.   La   cadena   del   polisacàrid   O   específic   és   una   cadena  polisacarídica  que  s’estén  cap  a  fora  des  del  nucli  del  polisacàrid  i  que  pot  arribar    a   estar  format  per  40  sucres  (altament  hidrofílic).  L’exemple  típic  més  ben  estudiat  és  l’LPS  de   Salmonella.   L’LPS   té   moltes   funcions   importants.   Com   que   el   nucli   del   polisacàrid   normalment   conté   sucres   i   fosfats   carregats,   LPS   contribueix   a   la   càrrega   negativa   de   la   superfície   del   bacteri.   L’antigen   O   s’anomena   així   perquè   estimula   una   resposta   immunitària,   aquesta   resposta   engloba  la  producció  d’anticossos  que  s’uneixen  a  la  forma  de  LPS  de  la  soca  específica  que   ha   estimulat   la   resposta.   Tot   i   així,   molts   bacteris   gramnegatius   són   capaços   de   canviar   ràpidament   la   naturalesa   antigènica   de   la   cadena   O   (actuant   com   a   protecció   enfront   de   l’hoste).  A  més  a  més,  el  polisacàrid  O  és  molt  variable  entre  espècies.   La   part   del   lípid   A   de   l’LPS   sovint   es   tòxica,   com   a   resultat,   l’LPS   pot   actuar   com   una   endotoxina   i   causar   alguns   dels   símptomes   que   produeixen   algunes   infeccions   de   bacteris   gramnegatius.  El  lípid  A  ajuda  també  a  estabilitzar  l’estructura  de  la  membrana  externa.   b)  Porines   A  diferència  de  la  membrana  plasmàtica,  la  membrana  externa  dels  bacteris  gramnegatius  és   relativament  permeable  a  petites  molècules  encara  que  sigui  bàsicament  una  bicapa  lipídica.   Això   es   degut   a   la   presència   d’unes   proteïnes   anomenades   porines   (canals   d’1   nm   de   diàmetre),   que   actuen   com   a   canals   per   l’entrada   i   sortida   de   substàncies   hidrofíliques   de   baix   pes   molecular   (600   a   700   daltons).   Existeixen   diferents   tipus   de   porines   i   es   coneixen   tant  porines  específiques  com  inespecífi-­‐ques.   Les  porines  són  proteïnes  transmembranals  que  consten  de  tres  subunitats  idèntiques.   c)  Lipoproteïna  de  Braun   La  membrana  externa  es  troba  estesa  a  fora  de  la  fina  capa  de  peptidoglicà  i  es  troba  unida    a   la   cèl·∙lula   gràcies   a   la   lipoproteïna   de   Braun,   la   proteïna   més   abundant   de   la   membrana   externa.  Aquesta  petita  lipoproteïna  complexa    està  covalentment  unida  al  peptidoglicà,  i  es   troba  incrustada  a  la  membrana  externa  per  la  seva  cua  hidrofòbica.   Funcions  de  la  paret  cel·∙lular   -­‐ -­‐ -­‐ -­‐ És   una   envolta   rígida   i   forta   que   dóna   forma   a   les   cèl·∙lules   bacterianes   i   compensa   la   “pressió  de  turgència”  de  la  cèl·∙lula.   Regula  l’intercanvi  de  substàncies  entre  el  medi  i  la  cèl·∙lular   Pel   seu   alt   contingut   en   aigua,   actua   com   a   mecanisme   de   resistència   enfront   al   dessecació  del  medi  i  confereix  protecció  a  l’estrès  osmòtic.   Intervé   en   el   reconeixement   entre   el   bacteri   i   els   teixits   de   l’hoste   i   pot   contribuir   a   la   patogenicitat         BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCACRIOTES      TEMA  3.  ENVOLTES  DE  LA  CÈL·∙LULA  PROCARIÒTICA   -­‐ -­‐ Pocs  microorganismes  no  tenen  paret  cel·∙lular  (Micoplasmes  que  és  un  grup  de  bacteris   patògenics   i  Thermoplasa  una  espècie  d’Archea).   És  sensible  a  l’acció  del  lisozim  (agent  que  destrueix  el  peptidoglicà)  i  de  la  penicil·∙lina  (   agent  que  evita  la  seva  correcta  síntesi)     3.1.2  Parets  cel·∙lulars  d’Archea   El   peptidoglicà   és   una   mena   de   firma   molecular   en   les   parets   cel·∙lulars   dels   bacteris   que   està   absent  en  la  paret  cel·∙lular  d’Archea.  Aquests  últims  també  els  manca  una  membrana  externa   típica.  En  canvi,  les  parets  cel·∙lulars  dels  Archea  presenten  una  àmplia  varietat  de  composició   química  que  inclou  la  presència  de  polisacàrids,  proteïnes  i  glicoproteïnes.   Pseudomureïna   Les   parets   cel·∙lulars   d’alguns   Archea   metagènics   (espècies   que   produeixen   metà,   gas   natural)   contenen  un  polisacàrid  molt  similar  al  peptidoglicà  que  s’anomena  pseudomureïna.  L’esquelet   de   pseudomureïna   el   formen   unitats   alternatives   de   N-­‐acetilglucosamina   i   àcid   N-­‐ acetiltalosamurònic,   que   substitueix   l’àcid   N-­‐acetilmuràmic   en   el   veritable   peptidoglicà.   Una   altra  diferència  respecte  al  peptidoglicà  és  que  els  enllaços  glicosídics  entre  les  unitats  són  de   tipus   beta-­‐1,3   en   comptes   de   beta-­‐1,4   i   que   tots   els   aminoàcids   que   presenten   en   forma   d’estereoisòmers  L.   Càpsules  i  capes  mucoses*   Capes  de  material  a  l’exterior  de  la  paret  cel·∙lular.  Generalment  polisacàrids.   Glicocàlix:   Xarxa   de   polisacàrids   que   s’estén   a   l’exterior   de   la   superfície   cel·∙lular.   Solen   ser   variables:  espès,  gruixut,  rígid  o  flexible.  Poden  ser  un  únic  o  diferents  tipus  de  polisacàrids  o   polisacàrids  i  proteïnes   -­‐ -­‐ Càpsules:   Normalment   composta   per   polisacàrids   ben   organitzades   i   difícilment   extraï-­‐ bles.   Capes   mucoses:   Més   difusa,   desorganitzada   i   fàcilment   extraïble.   La   seva   funció   és   la   d’actuar  com  a  adherent  a  superfícies.  (Relacionat  amb  patogenicitat)   Capa  S   El  tipus  més  comú  de  paret  entre  els  Arceha  és  la  capa  superficial  paracristal·∙lina  o  capa  S,  que   està  composa  per  proteïna  o  glicoproteïna  i  que  mostra  un  aspecte  ordenat  quan  s’observa  pel   microscopi   electrònic.   L’estructura   paracristal·∙lina   de   les   capes   S   es   disposa   seguint   diverses   simetries:   hexagonal,   tetragonal   o   trimèrica,   depenent   del   número   i   tipus   de   subunitats   proteiques   o   glicoproteiques   que   les   componen.   Les   capes   S   s’han   trobat   en   pràcticament   tots   els  grups  d’Archea,  en  alguns  casos  formant  una  sola  capa  S  (Metanococcus  jannaschii).         BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCACRIOTES      TEMA  3.  ENVOLTES  DE  LA  CÈL·∙LULA  PROCARIÒTICA   En   molts   organismes   es   presenten   capes   S,   normalment   formades   per   polisacàrids,   a   més   a   més  dels  components  de  la  paret  cel·∙lular  (externa  a  la  paret  cel·∙lular  i  principalment  es  troben   en  grampositius).   A   més   a   més   d’actuar   com   a   reforç   estructural,   les   capes   S   poden   tenir   altres   funcions,   com   interfases   entre   la   cèl·∙lula   i   el   medi,   és   probable   que   actuïn   com   a   filtres   selectius   que   permeten   el   pas   de   substàncies   de   baix   pes   molecular   i   que   exclouen   grans   molècules   i   estructures  (com  virus).  Les  capes  S  també  poden  tenir  la  funció  de  retenir  a  proteïnes  prop  de   la   superfície   cel·∙lular,   de   manera   similar   a   com   ho   fa   la   membrana   exterior   en   els   bacteris   gramnegatius.  També  poden  servir  per  a  l’adhesió  a  superfícies.   En   els   bacteris,   les   capes   polisacarídiques   poden   tenir   diferents   funcions   relacionades   amb   la   fixació  dels  microorganismes  a  superfícies  sòlides.  Funcions  de  protecció  enfront:   -­‐ -­‐ -­‐ -­‐ -­‐ Defenses  de  l’hoste  (Fagocitosi)   A  infeccions  víriques   Condicions  ambientals  adverses  (P.  Ex:  dessecació)   Agents  químics  (Ex:  detergents)   Estrés  osmòtic   *No  són  essencials  però  ajuden  a  la  supervivència  de  la  cèl·∙lula   3.1.3  Fímbries  i  pili   Les  fímbries  i  els  pèls  bacterians  (pili)  són  estructures  filamentoses  formades  per  proteïnes  que   es  perllonguen  des  de  la  superfície  cel·∙lular  i  poden  exercir  diverses  funcions.   Fímbries   Les  fímbries  ajuden  als  microorganismes  a  fixar-­‐se  sobre  les  superfícies  (adhesines),  com  la  dels   teixits   animals   en   el   cas   dels   bacteris   patògens,   i   a   formar   pel·∙lícules   (fines   capes   de   cèl·∙lules   sobre  la  superfície  d’un  medi  líquid)  o  biofilms.  Podem  trobar  fins  a  1000  fímbries  per  cèl·∙lula  i   les  trobem  a  bacteris  gramnegatius.   Figura.3.3:http://4.bp.blogspot.com/_LHfz0NNXw5o/TDzNRuvzAeI/AAAAAAAAAPs/h3ScH1Nwh Xs/s1600/fimbriae.jpg   Pili   Els  pili  són  similars  a  les  fímbries  però  típicament  són  estructures  més  llargues,  i  es  presenten   no-­‐més  un  o  uns  pocs  sobre  la  superfície  cel·∙lular  (1  a  10  per  cèl·∙lula)  i  són  freqüents  en  bacteris   gram-­‐negatius.   A  més  a  més    d’unir-­‐se  a  superfícies,  com  ho  fan  les  fímbries,  els  pili  tenen  funcions  addicionals,   una   de   molt   important   és   la   de   facilitar   l’intercanvi   genètic   entre   cèl·∙lules   procariotes   en   el   procés  de  la  conjugació  i  proporcionen  adherència  a  teixits  humans  en  alguns  patògens.         BLOC  1  ESTRUCTURA  I  FUNCIÓ  DELS  PROCACRIOTES      TEMA  3.  ENVOLTES  DE  LA  CÈL·∙LULA  PROCARIÒTICA     Una   classe   anomenada   classe   IV,   duu   a   terme   una   forma   poc   comuna   de   mobilitat   anomenada   mobilitat  per  tirons.  Els  pèls  tipus  IV  tenen  6  nm  de  diàmetre  i  es  poden  estendre  un  quants   micròmetres   de   la   superfície   cel·∙lular.   La   mobilitat   per   tirons   és   una   varietat   de   mobilitat   per   llisca-­‐ment  sobre  una  superfície  sòlida  i  consisteix  en  l’extensió  i  la  retracció  dels  pèls.  Els  pili   tipus  IV  només  apareixen  als  pols  de  les  cèl·∙lules  bacil·∙lars.   Figura  3.5  :  http://microbeonline.com/wp-­‐content/uploads/2013/04/pili-­‐and-­‐conjugation.jpg   ...